工况自适应机械密封结构设计与试验

石油化工装置泵用机械密封多为正压单一体膜设计,在装置启动或调节过程中（过渡过程）,密封腔压力将随装置当时操作条件变化而变化。如果装置抽空操作密封腔出现负压改变了机械密封动静环设计使用条件下的力平衡关系,摩擦副轴向可能仅受弹簧力和大气压力作用。如果大气压力作用产生的轴向力大于弹簧力会使摩擦副产生轴向位移,造成静环辅助密封圈脱离环座,诱发密封失效,过渡过程还可能诱发机械密封端面分离,原因在于过渡过程中密封腔压力下降,介质气化,密封配合面间的流体膜发生相变膜压的合力增大,推开密封面,也可能使气化后的密封面处于干摩擦状态,密封失效。为防止摩擦副整体位移,提出了利用波纹管有效作用直径同密封面的内外径相协调的设计结构,保证大气压力产生的轴向推力始终与弹簧推力同方向,同时,进行了理论分析和试验,证明结构可行。     

工况自适应机械密封端面结构设计与试验

机械密封在工况易变的装置或工况调节过程中 ,极易发生摩擦副整体位移或端面分离的失效现象。就密封结构进行分析 ,如果作用在摩擦副上的大气压力与弹簧力方向相反 ,并且存在大气压力大于弹簧力时 ,就可能推开摩擦副的浮动环或推动摩擦副整体位移 ;摩擦副的密封面设计有宽度 ,液体在泄漏方向上有压力差 ,温度升高 ,造成液膜汽化 ,密封面间出现汽液混相或全汽相 ,膜压增大推开密封面。为防止密封面整体分离和位移提出了波纹管机械密封的设计结构 ,给出了密封面刃边形的设计方法     

动压式机械密封技术及相关问题研究

流体动压机械密封和流体静压机械密封都是非接触式机械密封。流体动压密封是利用流体动压效应产生流体动压承载能力,使密封面完全分开的密封,其理论基础仍然是雷诺方程。在流体动压密封中摩擦副表面的分离和承受挤压载荷是靠流体在摩擦力作用下从间隙收敛部分压出产生作用力来实现的。收敛间隙是通过在密封面上开槽、开口或台阶来产生的。这些槽的轴向深度与密封面流体膜处在同一量级,为m量级。     

高温油泵波纹管式机械密封故障分析及改进

通过对波纹管式机械密封的端面比压和摩擦副环变形分析，说明了热油泵的密封故障是端面比压过低及静环受轴向力变形而引起的．对密封重新选型并改进了结构，解决了问题     

泵用机械密封常见泄漏现象与措施

1常见的渗漏现象 （1）周期性渗漏。泵转子轴向窜动量大．辅助密封与轴的过盈量大,动环不能在轴上灵活移动。在泵翻转．动、静环磨损后,得不到补偿位移。密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。措施：油室腔内润滑油面高度应加到高于动、静环密封面。转子周期性振动。原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮和主轴不平衡,汽蚀或轴承损坏（磨损）．这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏。措施：可根据维修标准来纠正上述问题。（2）小型泵机封渗漏引起的磨轴现象。     

波纹管机械密封运行问题的理论分析

描述离心泵装配运行误差对机械密封摩擦副所造成的影响，建立动环、静环和旋转轴３个三维坐标系统，惯性坐标取在转轴上；给出了密封面几何参数对应关系以及附加作用力和力矩；当考虑动环有轴向波动和静环弹性系统的关系时，推导了系统频率与波纹管合理压缩量的判别关系式；用实例说明泵运行出现抽空操作的端面比压计算以及密封参数的变化。     

外部动环密闭式机械密封的研究

机械密封是一种用来解决旋转轴与机体之间密封的装置,在现场应用中因动环和静环不能贴合形成密封面会造成大量漏失。统计2016年周矶站机械密封更换情况,发现机械密封性能缺陷是问题的关键所在(占50%)。进一步从输送介质、操作人员、工作环境、密封情况等方面对机械密封性能缺陷进行分析,认为弹簧结构不适合工况条件是产生性能缺陷的主要因素。从研制适合工况的弹簧和改进机械密封结构两个方面展开对机械密封的改进研究。实践表明,将机械密封改为外部动环密闭式机械密封效果更好,此种机械密封具有体积小、适应力强、便于拆卸,可在泵外部进行维护保养,以及安装时技术要求比较低等优点。     

波纹管机械密封运行问题的理论分析

描述离心泵装配运行误差对机械密封摩擦副所造成的影响，建立动环，静环和旋转轴３个三维坐标系统，惯性坐标取在转轴上；给出了密封面几何参数对应关系以及附加作用力和力矩；当考虑动环有轴向波动和静环弹性系统的关系是时，推导了系统频率与波纹管合理压缩量的判别关系式；用实例说明泵运行出现抽空操作的端面比压计算以及密封参数的变化。     

离心式压缩机干气密封系统常见故障及处理对策

干气密封是利用流体静力和流体动力的平衡实现的,其装置主要由动环、静环、弹簧和密封圈等组成,常见故障有联锁停机、密封失效和操作失误等。其中,密封失效故障最为常见,占密封系统故障的85%。密封失效通常发生于压缩机启、停机过程或者反复启停的压缩机组,特别是试车过程中的压缩机组,若出现压缩机机械部分任何不正常和联锁都应在试车完成后检查干气密封系统,为离心式压缩机正常运行提供保障。     

基于流固热耦合的油气两相动压密封追随动态特性

为提升油气两相动压密封的运转稳定性和抗干扰能力,研究其密封补偿环的响应运动,揭示油气两相动压密封的追随动态特性, 考虑温度、变形对密封环和流体膜的综合作用,采用MATLAB软件建立密封环与流体膜的流固热耦合有限元分析模型. 计算流体膜的动态刚度和阻尼系数,求解油气两相动压密封的受迫振动模型,分析补偿环的响应运动. 讨论转速、压差、油气比、弹簧刚度和O形圈阻尼对密封补偿环响应运动角向振幅和轴向振幅的影响,分析密封的追随动态特性. 结果表明:提高转速和油气比有利于提高密封的追随动态特性;压差、弹簧刚度和O形圈阻尼的增大不利于密封补偿环的追随响应运动,其中弹簧刚度和O形圈阻尼增大前期,补偿环响应振幅变化不敏感,增大后期,补偿环响应振幅急剧降低. 研究结果为油气两相动压密封的补偿机构优化和动态性能研究提供理论支撑,并得到基于流固热耦合的油气两相动压密封追随动态特性求解方法.     

Analysis of Force Characteristic and Friction State on the Sealing Ring Used in Composite Transmission

Based on analysis of flow field of the rotary seal using sealing ring, mechanical models under the condition of full film friction and mixed film friction were established respectively. The influence of friction state of the sealing ring on seal performance was also discussed. The relation between force characteristic and structural parameters of the sealing ring was analyzed. Analytical results indicate that friction state mainly depends on structural parameters of the sealing ring. The expression of calculating friction torque under the condition of mixed film friction was deduced. Experiment verification had been done. Experimental results agree with the deducing theoretical conclusions on the whole. It lays the foundation for design of new type of sealing ring used in composite transmission.     

机械密封混合摩擦微极流场数值模拟

机械密封混合摩擦求解涉及到弹性变形和流体动力润滑之间多物理量的流固耦合作用,计算难度较大,没有现成的商业软件可直接解决这个问题,因此采用C语言编程计算。考虑微极流体效应构建了混合摩擦的力学和数学模型,并利用有限差分法进行数值求解,获得了不同微极参数下内部流场的压力分布及机械密封泄漏量数值。计算结果表明,微极参数耦合数和特征长度的增加将使液膜的压力增大,从而减小内外压差使泄漏量下降,保证了密封的可靠性。     

离心压缩机主轴密封的比较分析

为了合理地选用离心压缩机主轴密封,以防止有害气体沿轴向泄漏到大气中,本文对离心压缩机主轴常见的迷宫密封、浮环密封、接触式机械密封、干气密封进行了对比分析。迷宫密封泄漏量较大,且只能适应压力较低的场合,一般不单独使用;浮环密封和接触式机械密封需要密封油及油液控制系统,其控制系统复杂、维护费用高、污染严重、能耗较大、稳定性较低;干气密封是一种气体润滑非接触式端面密封,泄漏量少,运行成本低,对介质和环境污染少,寿命长。因此,干气密封是目前离心压缩机主轴密封的最佳密封形式。通过使用干气密封,可大大降低企业的生产成本,减少对介质气体和环境的污染。     

同步器同步机理建模与结构影响因素分析

针对同步器结合过程,利用平均雷诺方程和微凸体摩擦原理,建立了油膜压力、微凸体接触力、同步环轴向力、同步力矩4个数学模型,运用4-Runge-Kutta法对油膜厚度和转速差进行耦合数值求解,分析了同步器结合过程油膜厚度、转速差、粘性剪切转矩、粗糙摩擦转矩以及总转矩的变化规律.对同步器结合过程数学模型进行试验验证后,利用所建模型研究了同步环宽度、同步环半径、摩擦锥角以及摩擦材料厚度等因素对同步器结合过程的影响规律.结果表明:同步环宽度增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率减缓,粗糙接触转矩响应延迟,同步时间增加;同步环半径增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率加快,同步时间缩短;同步环摩擦锥角增大,粘性转矩增大,粗糙接触转矩减小,转速差下降速率变缓,同步时间增加;摩擦材料厚度增大,粗糙接触转矩相应加快,油膜厚度下降速率增大,最小油膜厚度减小,同步时间缩短.     

转子─轴承系统非线性失稳因素分析

对引起转子-轴承系统失稳的主要因素：非线性油膜力、转轴材料的内摩擦、动压密封力、蒸汽激振力进行了分析非线性油膜力对转子-轴承系统的稳定性影响最大,应重点分析和研究在非线性油膜力作用下转子-轴承系统的稳定性、响应及动力学行为．动态密封力、材料内阻尼、蒸汽激振力对转子-轴承系统的稳定性均有影响．因此在进行转子-轴承系统的稳定性研究及动力学设计时均应考虑这些非线性因素．     

焊接金属波纹管机械密封端面径向振动特性研究

焊接金属波纹管机械密封是轴类密封的重要类型之一,而密封端面振动特性是泄漏量和端面磨损的关键影响因素。由于目前针对焊接金属波纹管机械密封端面振动位移相关理论研究较少且没有具体分析各工作参数对端面振动的影响。首先,作者建立了端面密封环的几何模型和极坐标下端面所受表面压力以及分布力矩的数学模型;采用圆环理论和数值分析方法,推导出受谐波形式载荷条件下端面振动位移的求解公式。然后,利用MATLAB求解出密封端面在不同工况条件下轴向振动和径向振动位移特解。发现在相同的工况条件下径向振动位移均大于轴向振动位移。最后,设计了径向振动试验,利用电涡流传感器测量密封端面径向振动位移,分别探究了介质压力、工作转速、载荷系数和压缩量对径向振动位移的影响。结果表明：工作转速和压缩量对径向振动位移影响较大,介质压力和载荷系数对径向振动位移影响趋势相同。径向振动位移随着转速的增大而急剧增大;随着压缩量的增加先缓慢增大后迅速增大;随着介质压力的升高、载荷系数的增大,径向振动位移先减小后增大。对比理论计算和试验结果,验证了密封端面振动位移数学模型的正确性。优选出合理的工作参数范围为：介质压力为0.4～1.4 MPa,工作转速为1 500～2 500 r/min,载荷系数K为0.60～0.75,压缩量为4～6 mm。     

介质压力及O形橡胶圈压缩率对往复运动轴封性能的影响

以液压缸往复密封中的O形橡胶圈为研究对象,建立其二维轴对称模型。在摩擦系数为0.1,不同介质压力和不同预压缩率的情况下,运用有限元软件ANSYS workbench对O形圈的变形情况及应力大小进行分析。结果表明：O形密封圈在缸筒和活塞杆间隙处应力集中最明显,说明在此位置容易被挤进间隙,造成间隙咬伤,导致密封失效。在压缩率小于15%,介质压力小于15MPa的情况下,剪切应力始终小于丁腈橡胶的剪切强度;在压缩率超过15%时,容易造成 O形圈应力松弛,发生压缩变形;介质压力超过15MPa,剪切应力急剧增加,在往复运动下,密封圈会不断地被摩擦磨损,很容易产生积累损伤,导致裂纹的产生或破损。